[发明专利]光学组件、光子集成芯片及其耦合结构

说明书

本申请公开了一种光学组件、光子集成芯片及其耦合结构，该耦合结构具有用于与外部单模光纤耦合的耦合端面，其包括基板、设于基板上的芯片波导和聚合物波导，该聚合物波导临近耦合端面；其中，聚合物波导包括相互连接的常规聚合物波导和第一反向楔形结构；该第一反向楔形结构的尖端位于耦合端面处；常规聚合物波导与芯片波导部分重叠，芯片波导和聚合物波导相光耦合。本申请的耦合结构采用了具有反向楔形结构的聚合物波导，聚合物波导与其包层的折射率差可采用较大的范围，增加了聚合物波导折射率的可选范围，降低了工艺要求，可缩小聚合物波导的尺寸、减小聚合物波导与单模光纤之间的耦合损耗。

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光学组件、光子集成芯片及其耦合结构。

背景技术

硅光芯片是实现光互连的关键技术，能够有效降低光通信中模块的成本。典型单模硅波导的尺寸为420nm×220nm，而单模光纤的尺寸9μm左右，在硅光芯片与单模光纤之间需要有特殊的器件实现两者之间的高效耦合。目前常用的耦合方案有光栅耦合器的垂直耦合和模斑变换器(spot size converter,SSC)的水平耦合。

中国专利《一种光斑转换器及光学装置》(申请号：201510516253.9)公开了一种光斑转换器，用于硅光芯片与单模光纤的耦合，包括与常规硅波导桥接的亚波长光栅，以及覆盖于亚波长光栅上的聚合物波导，聚合物波导设于硅光芯片的埋氧层上，包覆亚波长光栅未与埋氧层接触的所有表面，常规硅波导通过亚波长光栅与聚合物波导光耦合，聚合物波导再与单模光纤耦合。但是由于聚合物波导的端面处的模场直径远比普通单模光纤的模场直径小，所以该方案中采用的是透镜光纤，即除了该光斑转换器，还需要透镜光纤的透镜耦合才能提高硅光芯片与单模光纤之间的光斑匹配，从而提高耦合效率。而且，该方案的聚合物波导包覆亚波长光栅的上表面和两侧，工艺复杂；另外，聚合物波导外侧包层依然是二氧化硅，二者之间的折射率差不能太大的要求限制了聚合物波导的折射率可选范围。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光学组件、光子集成芯片及其耦合结构，降低了工艺要求，而且无需透镜光纤，可直接耦合普通单模光纤，减小了聚合物波导与单模光纤之间的耦合损耗。

为了实现上述目的之一，本申请提供了一种光子集成芯片的耦合结构，具有用于与外部单模光纤耦合的耦合端面，其特征在于：所述耦合结构包括基板、设于所述基板上的芯片波导和聚合物波导，所述聚合物波导临近所述耦合端面；

所述聚合物波导包括相互连接的常规聚合物波导和第一反向楔形结构；所述第一反向楔形结构的尖端位于所述耦合端面处；所述常规聚合物波导与所述芯片波导部分重叠，所述芯片波导和所述聚合物波导光耦合。

作为实施方式的进一步改进，所述芯片波导包括第二反向楔形结构，所述第二反向楔形结构与所述常规聚合物波导至少部分重叠。

作为实施方式的进一步改进，所述芯片波导包括亚波长光栅波导，所述亚波长光栅波导与所述常规聚合物波导至少部分重叠。

作为实施方式的进一步改进，所述芯片波导还包括与所述亚波长光栅波导相连的反向楔形亚波长光栅波导，所述反向楔形亚波长光栅波导与所述常规聚合物波导重叠。

作为实施方式的进一步改进，所述芯片波导还包括第三反向楔形结构，所述常规亚波长光栅波导包覆所述第三反向楔形结构的两侧。

作为实施方式的进一步改进，所述芯片波导为单模光波导。

作为实施方式的进一步改进，所述第一反向楔形结构的尖端端面宽度在600nm～1500nm范围内。

作为实施方式的进一步改进，所述常规聚合物波导与所述芯片波导重叠部分的长度在200μm～2000μm范围内。